Органические вещества ландшафтных систем Карпухин А.И. - презентация

1 Органические вещества ландшафтных систем Карпухин А.И.

2 Органические вещества ландшафтных систем содержат разнообразные функциональные группы, способные образовывать с координационными центрами комплексные соединения. Разнообразие координационных образований обусловлено: многообразием координационных центров; разнообразием лигандного состава; различным сочетанием центров координации лиганд; большим набором функциональных групп в составе координируемых частиц и природой взаимодействия координируемых частиц с центром координации. Природа взаимодействия обусловлена типом связи, которая может быть ковалентной, ионно-ковалентной, ионной, донорно- акцепторной, водородной и за счет межмолекулярного взаимодействия. Исследование большого разнообразия координационных соединений требует сочетания классических и современных физико-химических методов анализа.

3 Для этих целей рекомендуется система методов: Для этих целей рекомендуется система методов: качественные химические реакции; качественные химические реакции; эффект Тиндаля; эффект Тиндаля; электрофорез; электрофорез; потенциометрическое титрование; потенциометрическое титрование; ионный обмен; ионный обмен; изотопно-индикаторные методики; изотопно-индикаторные методики; гелевая хроматография; гелевая хроматография; инфракрасная спектроскопия. инфракрасная спектроскопия.

4 На основании теоретических обобщений и экспериментальных данных автором предложена классификация координационных соединений почв и сопряженных с ними по ландшафту объектов, такие как растения, почвообразующие породы, нижние слои атмосферы и природные воды. На основании теоретических обобщений и экспериментальных данных автором предложена классификация координационных соединений почв и сопряженных с ними по ландшафту объектов, такие как растения, почвообразующие породы, нижние слои атмосферы и природные воды.

5 Классификационная схема комплексных соединений органических веществ с ионами металлов в природных объектах Класс - координационное соединение Подкласс - собственно комплексные соединения РядыМоноцентральныеДицентральныеПолицентральные Тип внешнесфе рные внутрисферные циклические внутрисферные КПЗ Подтип щелочные металлы щелочно- земель ные металл ы переходныелантаноидыактиноиды смешанного состава Категориимонолигандныедилигандныеполилигандные Группы специфические органические неспецифические органические гетеролигандные Подгруппы1. гуминовые кислоты 2. гиматомелановые кислоты 3. фульвокислоты 4. негидролизуемый остаток 1. карбоновые кислоты а) одноосновные б) двухосновные и т.д. 2. оксикислоты 3. аминокислоты 4. танниды 5. полифенолы 6. гетероциклические 7. пептиды 8. полипептиды 9. белки и др. 1. минеральные со специфическими органическими соединениями 2. минеральные с неспецифическими органическими соединениями 3. минеральные с неспецифическими и специфическими органическими соединениями Видыненасыщенныенасыщенныепересыщенные Разряджидкиетвердыегазообразные

6 Для системного изучения координационных соединений природных объектов необходимо последовательное исследование их природы, состава и свойств набором химических и физико- химических методов. Полное системное изучение комплексов предполагает также определение функциональной нагрузки этого класса химических соединений в процессах превращения вещества и энергии в почвах и других сопряженных с ними по ландшафту объектах. Для системного изучения координационных соединений природных объектов необходимо последовательное исследование их природы, состава и свойств набором химических и физико- химических методов. Полное системное изучение комплексов предполагает также определение функциональной нагрузки этого класса химических соединений в процессах превращения вещества и энергии в почвах и других сопряженных с ними по ландшафту объектах. На основании многолетних теоретических обобщений, лабораторных и натурных исследований в полевых условиях сочетанием классических и современных инструментальных методов анализа с использованием радиоактивных изотопов углерод-14, железо-59, марганец-54, кальций-45, цинк-65, кадмий-109 и хлор-36 сформулирована концепция системного изучения координационных соединений почв. На основании многолетних теоретических обобщений, лабораторных и натурных исследований в полевых условиях сочетанием классических и современных инструментальных методов анализа с использованием радиоактивных изотопов углерод-14, железо-59, марганец-54, кальций-45, цинк-65, кадмий-109 и хлор-36 сформулирована концепция системного изучения координационных соединений почв.

7 Основные положения этой системы взглядов: Основные положения этой системы взглядов: установление природы взаимодействия; установление природы взаимодействия; определение состава и свойств комплексов; определение состава и свойств комплексов; изучение миграции и трансформации; изучение миграции и трансформации; установление роли в генезисе почв и питании растений; установление роли в генезисе почв и питании растений; исследование комплексов при мелиорации; исследование комплексов при мелиорации; оценка их вклада в охрану почв. оценка их вклада в охрану почв.

8 Относительная миграционная способность железа из комплексов Органические лиганды ММСредний путь миграции железа, см RfRf Подзолистая почва Фульвокислоты40306,00,286 Фенол94,13,80,181 Лимонная кислота192,14,40,214 Дерново-подзолистая почва Фульвокислоты27605,90,147 Краснозем Фульвокислоты24005,30,131 Чернозем Фульвокислоты17003,10,075

9 На основании проведённых многолетних исследований расширены представления, объясняющие влияние естественных ВОВ ФП на рост и развитие растений. Они включают следующие аспекты: На основании проведённых многолетних исследований расширены представления, объясняющие влияние естественных ВОВ ФП на рост и развитие растений. Они включают следующие аспекты: Перевод элементов питания в доступное для растений состояние. Перевод элементов питания в доступное для растений состояние. Влияние на молекулярно-массовое распределение химических элементов в почвенных растворах и питательных смесях. Влияние на молекулярно-массовое распределение химических элементов в почвенных растворах и питательных смесях. Регулирование поступления в растения органических и минеральных компонентов. Регулирование поступления в растения органических и минеральных компонентов. ВОВ ФП и их крупные фрагменты поступают в растения и оказывают прямое физиологическое действие. ВОВ ФП и их крупные фрагменты поступают в растения и оказывают прямое физиологическое действие. Влияние ВОВ ФП на дыхательную активность почв и растений. Влияние ВОВ ФП на дыхательную активность почв и растений. Участие ВОВ ФП в фотосинтезе. Участие ВОВ ФП в фотосинтезе. Осуществление фиксации молекулярного азота. Осуществление фиксации молекулярного азота.

10 Поступление железа при разных концентрациях его в растворе Органы растений ПодсолнечникФасоль FeCl 3 Железофульват- ные комплексы FeCl 3 железофульватные комплексы скорость счета, имп/мин. мг на расте- ние скорость счета, имп/мин. мг на расте- ние скорость счета, имп/мин. мг на расте- ние скорость счета, имп/мин. мг на растение Исходная концентрация в растворе 2, мг на 1 мл. Листья Стебли9522, , , , Корни ,2 мг на 1 мл Листья Стебли5250,195860,204890,145620,16 Корни

11 Доступность подсолнечнику железа, связанного в комплекс некоторыми органическими лигандами Источники органических веществ 1, Fe, мг/мл1, Fe, мг/мл скорость счета, имп/100 с. поглощено Fe мг/рас- тение Fe, % от содер- жания в растворе скорость счета, имп/ 100с. поглощено Fe мг/расте- ние Fe, % от соде- ржа- ния в раст- воре Контроль (FeCl 3 )34356,1761,716990,54778,1 Фульвокислоты почв: подзолистой48958,7987,920350,65693,5 дерново- подзолистой 48108,6586,519570,63190,1 чернозема46498,3583,518820,60786,7 краснозема46108,2882,818510,59685,1

12 Поступление 54 Мn из комплексных соединений в надземную массу (числитель) и в корни (знаменатель) кукурузы в условиях водной культуры ПоказательМnSО 4 (контроль) ФК НТУЭДТА ММ рК2,285,4815,457,4414,07 Активность воздушно- сухого растительного материала, мкки/г 102,2+3,124,0+0,61,7+0,17,4+0,24,3+0,3 187,8+5,444,5+1,46,5+0,216,0+0,410,9+0,4 Поступило, % от внесенного 16,5+0,54,1+0,20,3+0,11,5+0,20,5+0,1 16,5+0,44,6+0,30,6+0,11,3+0,20,7+0,1 Соотношение удельных активностей корней и надземной массы 1,84+0,31,85+0,23,82+0,42,16+0,32,53+0,4 54 Мn в надземной массе, % от общего содержания в растении 50,0+2,147,2+1,431,0+1,152,6+2,243,5+2,0

13 Некоторые параметры, характеризующие поступление 54 Мn в кукурузу ПоказательМnSО 4 (контроль) В составе: высушенных раститель ных остатков свежих раститель ных остатков комплексных соединен ий с ЭДТА Коэффициент биологического поглощения Мn: надземной частью через 0,5 мес.4,3+0,23,5+0,32,5+0,23,6+0,4 1,0 мес.23,8+1,117,9+1,221,5+1,920,8+2,1 1,5 мес.24,7+2,319,9+1,522,9+1,822,6+1,7 корнями через 1,5 месяца8,3+0,75,3+0,55,6+0,65,8+0,7 Соотношение удельных активностей корней и надземной массы 0,16+0,030,12+0,020,13+0,010,12+0,02 Мn в надземной массе, % от общего в растении 84,2+3,186,9+4,585,9+6,3-887,0+6,4 Поступление Мn за 1,5 месяца, % от внесенного: в надземную часть5,78+0,315,03+0,345,85+0,276,01+0,38 в корневую систему1,91+0,101,68+0,091,48+0,1213,63+0,76 в растение12,09+0,5610,66+0,6611,96+0,7313,63+0,76

14 Распределение железа по органам фасоли при внекорневом питании Органы растений FeCl 3 Железофульватные комплексы Скорость счета, имп/100 с Fe, мг/орган Скорость счета, имп/100 с Fe, мг/орган 1-й лист* , Черенок 1-го листа 1092,71223,1 Нижний лист651,61614,0 Верхний лист892,21804,5 Плоды1022,61523,8 Стебель412,31894,7 Корни240,6481,2 *Лист, на поверхность которого наносили железо, меченое 59 Fe.

15 А – внесение комплексов в питательный раствор Б – опрыскивание комплексами Изменение сухой массы подсолнечника (1 листья; 2 – стебли; 3 – корни)

16 Влияние органические вещества на распределение 45 Ca в освоенной подзолистой почве, % от общей активности Глубина миграции, см Форма кальция Раствор (CaCl 2 )Порошок (CaCO 3 ) Кон- троль Органические вещества Кон- троль Органические вещества навозторфнавозторфопилки Точка внесения61,648,521,192,586,285,492,1 129,232,139,75,08,69,67,0 26,911,827,21,43,82,80,4 31,85,09,51,11,41,70,5 4 1,52,2следы 0,5следы 5фон0,10,7фон следыфон 6 1,0следыфон 7

17 Влияние органических веществ на миграционную способность железа ПоказателиФормы железа окисноезакисное ионноеГКФКфенолионноеГКФКфенол Глубина зоны насыщения, см 4,74,915,113,95,05,116,514,8 Ширина фронта железа, см 5,55,019,814,815,114,820,411,9 Максимальная глубина проникновения, см 10,29,934,928,720,119,936,926,7

18 Некоторые параметры динамики сорбции железа почвой при различном расстоянии между дренами Расстояние между дренами Место внесения Формы желе- за Глубина зоны насыще -ния, см Ширина фрон- та, см Максима- льная глуби- на мигра -ции, см Площадь распре- деле- ния, S, см 2 Объем миг- раци, V, см 3 12между дренами Fe 3+ Fe 2+ 4,0 3,5 4,2 6,9 8,2 10, над дренойFe 3+ Fe 2+ 4,3 5,2 4,2 7,4 8,5 12, между дренами Fe 3+ Fe 2+ 3,8 2,9 4,1 5,8 7, над дренойFe 3+ Fe 2+ 3,9 3,3 4,1 6,4 8,0 9, между дренами Fe 3+ Fe 2+ 3,3 2,4 3,2 4,7 6,5 7, над дренойFe 3+ Fe 2+ 3,7 2,8 3,8 5,7 7,5 8, между дренами Fe 3+ Fe 2+ 2,4 1,8 2,5 4,5 4,9 6, над дренойFe 3+ Fe 2+ 3,8 2,9 3,7 5,6 7,5 8,

19 Молекулярно-массовое распределение загрязняющих металлов ГоризонтНомерфракции Молеку- ляр- ная масса Содержание углеро- да, % от общего Содержание металлов Сумма загрязнителей Zn + Cu мг/г С % от суммы загрязни -телей Лугово-черноземная почва А ,816,514,587, ,217,714,984,2 Чернозем выщелоченный А ,714,913,892, ,318,214,981,9 А ,629,121,774, ,355,341,374,7 Серая лесостепная АОАОАОАО ,110,28,579, ,911,410,188,6 А ,524,418,274, ,624,315,262, ,972,954,375,5 Светло-серая лесостепная А ,86,85,377, ,29,27,278,3 А ,726,921,278, ,330,017,558, ,071,458,682,1

20